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PLC、DCS、FCS控制系统的区别到底是什么

PLC、DCS、FCS控制系统的区别到底是什么

发布日期:2017-11-07 作者:哈尔滨DCS 点击:

FCS可以说是第五代过程控制系统,是由PLC(Programmable Controller)或DCS(Distributed Control System)发展而来的。FCS与PLC及DCS之间有千丝万缕的联系,又存在着本质的差异。本文针对PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点、性能和差异作一分析。

DCS系统

PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点

  

目前,在连续型流程生产工业过程控制中,有三大控制系统,即PLC、DCS和FCS。它们各自的基本特点如下:


  1 PLC

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司  (1)从开关量控制发展到顺序控制、运算处理,是从下往上的;

  (2)逻辑控制、定时控制、 计数控制、 步进(顺序)控制、连续PID控制、 数据控制――PLC具有数据处理能力、 通信和联网等多功能;

  (3)可用一台PC机为主站,多台同型PLC为从站;

  (4)也可一台PLC为主站,多台同型PLC为从站,构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是:有用户编程时,不必知道通信协议,只要按说明书格式写就行;

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司  (5)PLC网络既可作为独立DCS/TDCS,也可作为DCS/TDCS的子系统;

  (6)主要用于工业过程中的顺序控制,新型PLC也兼有闭环控制功能。


  2 DCS

  (1)分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C(Communication,Computer, Control、CRT)技术于一身的监控技术,是第四代过程控制系统。既有计算机控制系统控制算式先进、精度高、响应速度快的优点,又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的要求;

  (2)从上到下的树状拓扑大系统,其中通信(Communication)是关键;

  (3)是树状拓扑和并行连续的链路结构,也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表;

  (4)模拟信号,A/D—D/A、带微处理器的混合。是由几台计算机和一些智能仪表智能部件组成,并逐渐地以数字信号来取代模拟信号。

  (5)一台仪表一对线接到I/O,由控制站挂到局域网LAN;

  (6)DCS是控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场仪表(现场测控站)的3级结构。缺点是成本高,各公司产品不能互换,不能互操作,大DCS系统是各家不同的;

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司  (7)用于大规模的连续过程控制,如石化、大型电厂机组的集中控制等。


  3 FCS

  (1)FCS是第五代过程控制系统,它是21世纪自动化控制系统的方向。是3C技术(Communication,Computer, Control)的融合。基本任务是:本质(本征)安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境;

  (2)全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置;

  (3)用两根线联接分散的现场仪表、控制装置,取代每台仪表的两根线。“现场控制”取代“分散控制”;数据的传输采用“总线”方式;

  (4)从控制室到现场设备的双向数字通信总线,是互联的、双向的、串行多节点、开放的数字通信系统取代单向的、单点、并行、封闭的模拟系统;

  (5)用分散的虚拟控制站取代集中的控制站;

  (6)把微机处理器转入现场自控设备,使设备具有数字计算和数字通信能力,信号传输精度高,远程传输。实现信号传输全数字化、控制功能分散、标准统一全开放;

  (7)可上局域网,再可与internet相通。既是通信网络,又是控制网络;

  (8)3类FCS的典型应用:1) 连续的工艺过程自动控制如石油化工,其中“本安防爆”技术是绝对重要的;2)分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车;3)多点控制如楼宇自动化。

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司  这三大控制系统,尤其是DCS、PLC,都在电站得到了广泛应用,而且效果也非常好。



三大控制系统之间的差异


PLC系统与DCS系统的结构差异不大,只是在功能的着重点上的不同,DCS着重于闭环控制及数据处理。PLC着重于逻辑控制及开关量的控制,也可实现模拟量控制。

  

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司DCS或PLC系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS及PLC的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络,因此,数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是:一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。

  

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司DCS的特点是:(1)控制功能强。可实现复杂的控制规律,如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等。也可实现顺序控制。(2)系统可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人机界面。(4)软硬件采用模块化积木式结构。(5)系统容易开发。(6)用组态软件,编程简单,操作方便。(7)有良好的性价比。

  

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司通过数据公路的设计参数,基本上可以了解一个特定DCS或PLC系统的相对优点与弱点。

  (1)系统能处理多少I/O信息。

  (2)系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。

  (3)能适应多少用户和装置(CRT、控制站等)。

  (4)传输数据的完整性是怎样彻底检查的。

  (5)数据公路的最大允许长度是多少。

  (6)数据公路能支持多少支路。

  (7)数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件(可编程序控制器、计算机、数据记录装置等)。为保证通信的完整,大部分DCS或PLC厂家都能提供冗余数据公路。

  

为了保证系统的安全性,使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则,用以保证所传输的数据接收与发送。

  

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司目前在DCS和PLC系统中一般使用两类通信手段,即同步的和异步的,同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收,异步网络采用没有时钟的报告系统。






哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司 FCS具有(1)很好的开放性、互操作性和互换性。(2)全数字通信。(3)智能化与功能自治性。(4)高度分散性。(5)很强的适用性。

  

FCS的关键要点有三点:

  

(1)FCS系统的核心是总线协议,即总线标准。

  

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司采用双绞线、光缆或无线电方式传输数字信号,减少大量导线,提高了可靠性和抗干扰能力。FCS从传感器、变送器到调节器一直是数字信号,这就使我们很容易地处理更复杂、更精确的信号,同时数字通信的差错功能可检出传输中的误码。

  

FCS可以将PID控制彻底分散到现场设备(Field Device)中。基于现场总线的FCS又是全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动化系统,它将取代现场一对一的4~20mA模拟信号线,给传统的工业自动化控制系统体系结构带来革命性的变化。

  

根据IEC61158的定义,现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线使测控设备具备了数字计算和数字通信能力,提高了信号的测量、传输和控制精度,提高了系统与设备的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作组于1984年开始致力于推出世界上单一的现场总线标准工作,走过了16年的艰难历程,于1993年推出了IEC61158-2,之后的标准制定就陷于混乱。2000年初公布的IEC61158现场总线国际标准子集有八种,分别为:

  

①类型1 IEC技术报告(FFH1);

②类型2 Control-NET(美国Rockwell公司支持);

③类型3 Profibus(德国Siemens公司支持);

④类型4 P-NET(丹麦Process Data公司支持);

⑤类型5 FFHSE(原FFH2)高速以太网(美国Fisher Rosemount公司支持);

⑥类型6 Swift-Net(美国波音公司支持);

⑦类型7 WorldFIP(法国Alsto公司支持);

⑧类型8 Interbus(美国Phoenix Contact公司支持)。

  

哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司除了IEC61158的8种现场总线外,IEC TC17B通过了三种总线标准:SDS(Smart Distributed System);ASI(Actuator Sensor Interface);Device NET。另外,ISO公布了ISO 11898 CAN标准。其中Device NET于2002年10月8日被中国批准为国家标准,并于2003年4月1日开始实施。

  

所以,要实现这些总线类型的相互兼容和互操作,就目前状态而言,几乎是不可能的。开放的现场总线控制系统的互操作性,就一个特定类型的现场总线而言,只要遵循同一类型现场总线的总线协议,对其产品是开放的,并具有互操作性。换句话说,不论什么厂家的产品,也不一家是该现场总线公司的产品,只要遵循同一类型总线的总线协议,产品之间是开放的,并具有互操作性,就可以组成总线网络。

  

另外,FCS还可以通过网关和企业的上级管理网络相连,以便管理者掌握第一手资料,为决策提供依据。所以现场总线具有开放性、互操作性、系统结构的高度分散性、灵活的网络拓扑结构、现场设备的高度智能化、对环境的高度适应性等诸多突出特点。

  

(2)FCS系统的基础是数字智能现场装置

  

控制功能下放到现场仪表中,控制室内仪表装置主要完成数据处理、监督控制、优化控制、协调控制和管理自动化等功能。

  

数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑,是基础;道理很简单,FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。现场装置必须遵循统一的总线协议,即相关的通讯规约,具备数字通信功能,能实现双向数字通。再一点,现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。

  

(3)FCS系统的本质是信息处理现场化

  

对于一个控制系统,无论是采用DCS还是采用现场总线,系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上,采用现场总线后,可以从现场得。


随着我国工业发展,在企业进行生产时,需要使用多台计算机对生产过程中各个环节进行管理,获得相应数据以实现对生产体系的各个环节进行自动控制。基于这种要求,DCS控制系统受到了各个企业和专业工作人员的广泛关注。DCS系统由于其优秀的处理机能受到了各大企业的青睐。但是在DCS系统进行实际运行工作中,依旧因为各种因素的影响,会存在一定的问题,导致DCS系统无法正常工作。今天智邦机电设备就为大家总结一下DCS的常见故障,以及对应的预防措施。


请系统电源故障

在自动化仪表运行的过程中,一旦发生系统电源故障,就会给DCS系统带来致命威胁。而通常的情况下,插头接触不良、备用电源无法自投、断路器容量不足等问题的存在都会导致系统电源故障的发生。此外,自动化仪表线路负载不匹配、供电线路事故和电路元件损坏等事故的发生也都将引发电源故障。为避免该故障的发生,设备管理人员通常需要做好设备接线和空开容量检查,并且实现设备电源和设备的定期清理。此外,管理人员还应做好设备电源指示灯、电源工作状态以及输出电压等内容的检查。

网络及软件故障

从结构上来讲DCS集散控制系统属于局域网系统,其结构组成相对较比简单,所以在实际使用的过程中,网络故障的发生频率也会增加。据不完全统计,现在我国各大型工业或企业应用DCS集散控制系统比较广泛,经实际应用后,反映出其发生故障的主要问题表现在网络的线路不通畅或者IP地址不正确以及网卡出现故障等问题,一旦任何一种故障出现,都会导致DCS集散控制系统不能正常的运行。DCS集散控制系统中软件部分是由工程师站、组态及服务器和操作员站软件组成的。但是由于每个软件的开发商不一致,在使用的过程中出现整个系统的兼容性故障,最终导致DCS集散控制系统无法正常使用。

3系统干扰故障

系统干扰故障

由于所处的运行环境较为复杂,DCS容易出现系统干扰故障。比如,系统屏蔽故障和接地不良就都属于系统干扰故障,会导致系统出现参数错误,所以容易给设备的安全和稳定运行带来威胁。为避免DCS系统产生过多干扰故障,还要定期对系统接地进行测试检查。此外,DCS控制信号也会受备用电源切换和大功率通信设备使用的干扰,所以还要严格做好系统信号的屏蔽工作,并确保设备信号线与干扰源保持一定距离,从而避免系统遭受过多干扰。

环境异常

一是空调不能很好地进行制冷,DCS系统出现故障如果是由于环境条件不合适而引起的,需技术人员及时调整参数。有些控制中心的空调不能很好地提供适合的温度以及湿度环境,导致温度上升,DPU出现切换。如果及时进行处理,则可以保证系统的正常运行,如果不能及时处理,则会导致DPU烧损,系统问题愈加严重。如果打开柜门则DPU就不必进行切换,当环境温度为19℃~23℃时,较为合适。如果温度过高,则会导致空气雾化。当环境温度比29℃更高时,柜中的温度也相对较高,会对DPU造成破坏。二是电源风扇和柜顶风扇不正常运转。要想实现DPU正常运行,必须保证不同位置的风扇正常工作,热电公司必须正确处理风扇的失效问题,定期进行风扇的检查和清理,对于老化的配件及时更换,减小DCS系统在运行中的故障。做好环境卫生的清理,避免粉尘等杂物进入设备而影响芯片的散热效果,使效果降低。

人为因素

在使用DCS集散控制系统时,由于人为的因素导致故障也很多。比如工作人员在进行操作时,不够规范,进行重复指令操作或缺乏对整个系统的负载考虑、超负荷的操作等情况。这种情况下,整个控制系统将会处于待反应的状态,影响整个DCS集散控制系统的运行。

应对措施


1

制定科学的检查制度

预防和维护自动化仪表设备是非常重要的,这能让自动化仪表设备在运行的过程中不会留存过多的故障隐患,让设备能在安全的环境下运行,还能使设备使用寿命更加长久。所以建立一套完善的仪表检查制度是非常有必要的,并安排专业的管理人员,细致划分每个管理人员巡检的范围,并设定好巡查的最佳路径,每天最少也要进行两次巡查,这样能及时发现自动化设备潜在的故障,在人员巡查设备的时候,还要将巡查的信息记录好,如果有问题要及时上报给上级部门.并对设备进行维修,这样就能降低自动化仪表设备存在安全隐患的几率。

2

加强日常维护,经常备份

加强日常维护,经常进行软件备份

古语有言:千里之堤,毁于蚁穴。所以在使用DCS集散控制系统的过程中,一定要注意日常进行维护,加强管理。对DCS集散控制系统的日常维护,能够将可能发生的故障,消除在发生之前,极大程度的减少发生故障的几率,确保DCS在使用的过程中,能够正常有效的运行。在使用该系统的过程中,同时应该注意的是软件备份问题,软件备份是系统进行维护管理的重要环节之一,在使用DCS集散控制系统的过程中,系统应用的软件要定期的及时进行备份处理,改动不在大小,备份都要及时。备份不禁能够防止由于各种原因导致的数据丢失,还能根据这些现有的数据进行整合,加以创新研究。

制定系统故障应急措施

3

制定系统故障应急措施

系统一旦出现故障,要有紧急处理办法,根据预先制定的应急措施及时将问题进行解决,重新启动设备时,要注意系统的初始化问题,保证系统的安全性与直通性。DCS系统出现故障的原因包括,没有对设备进行合理使用或者外界自然环境条件不适合。由于系统的软件而引发死机出现的可能性较小,所以,对系统的故障预防需要从应用管理和保证环境条件两个方面开展。不同的工作单位之间要及时沟通,当设备出现故障时,及时了解情况并讨论符合实际状况的、合理的解决办法。由于系统的关联性,一个硬件出现故障,则其他硬件很可能也连锁性地无法正常工作,所以,要做好不同环节的工作,以保证系统的正常运行。

4

加强系统仪表检修方法

想要有效进行自动化仪表故障的预防,还要利用适合的仪表检修方法开展设备维护工作。为此,设备维护人员还要加强对各种常见检修方法的学习和利用,以便实现设备故障及隐患的准确定位,继而使故障的发生得到抑制。比如,维护人员可以使用观察法对仪表进行观察,从而通过观察仪表是否存在老化、进水和异声现象判断设备的运行状态。此外,维修人员也要加强对信号测量法和替换法等多种方法的运用,以便有效排除系统故障。比如在对仪表问题进行快速判断时,就可以使用信号输入的形式。而利用综合校验仪将适合的信号输入到卡件中,就可以利用DCS显示对回路是否存在故障进行判断。采取同样的方法,也能够对调节阀输出信号进行分析,从而了解调节阀是否存在故障。而在日常检修工作中,维修人员也需要使用万用表等设备进行自动化仪表的测量,以便对仪表的潜在故障进行分析。


总之,加强自动化仪表的预防性维护管理,能够使设备的常见故障得到有效预防,为企业带来更多的效益,因此进一步加强对其的研究非常有必要。


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